Noise Figure（ノイズフィギュア, NF）

Noise Figure（NF）とは、理想的な無雑音システムと比較して、電子機器が信号対雑音比（SNR）をどの程度劣化させるかを定量化した指標です。単位はデシベル（dB）で表され、RF（高周波）やマイクロ波回路の感度や性能評価における重要なパラメータです。

Noise FactorとNoise Figure

Noise Factor（F）は、入力SNRと出力SNRの線形比で定義されます：

F = (Sᵢ/Nᵢ) / (Sₒ/Nₒ)

これを対数スケールで表現したものがNoise Figure（NF）です：

NF = 10 · log₁₀(F)

ここで：

• Sᵢ：入力信号電力

• Nᵢ：入力雑音電力

• Sₒ：出力信号電力

• Nₒ：出力雑音電力

計算例

ある受信機の条件が以下のとき：

• 入力SNR = 20 dB

• 出力SNR = 15 dB

この場合：

• F = 10^((20 − 15)/10) = 3.16

• NF = 10 · log₁₀(3.16) ≈ 5 dB

測定方法（Measurement Methods）

ノイズフィギュアは主に以下の手法で測定されます：

• Yファクター法：校正済みノイズソースの既知のENR（過剰雑音比）を用いる手法

• ゲイン法（Gain Method）：利得と出力雑音電力の測定に基づく手法

カスケードシステムにおけるNF（Cascaded System Noise Figure）

複数段から構成されるシステム全体のノイズファクターは、Friisの公式により次のように計算されます：

F_total = F₁ + (F₂ − 1)/G₁ + (F₃ − 1)/(G₁G₂) + …

ここで：

• F₁, F₂, F₃：各段のノイズファクター

• G₁, G₂：前段の線形ゲイン（利得）

この式は、信号チェーンの初段における低雑音設計の重要性を示しています。

用途（Applications）

• 無線通信・衛星通信：受信機感度の決定

• マイクロ波工学：LNA（ローノイズアンプ）の設計に不可欠

• レーダーシステム：微弱な反射信号の検出

• 電波天文学：低レベルの宇宙信号の観測

• 電子計測機器：機器内部の雑音特性の評価